PENGEMBANGAN MODEL UNTUK MEMPREDIKSI

Jurnal Medika Veterinaria ISSN : 0853-1943

Mahdi Abrar

PENGEMBANGAN MODEL UNTUK MEMPREDIKSI PENGARUH SUHU PENYIMPANAN TERHADAP LAJU PERTUMBUHAN BAKTERI PADA SUSU SEGAR Development of Model to Predict Effect of Storage Temperature to Bacterial Growth Rate in Fresh Milk Mahdi Abrar1

1

Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh E-mail:[email protected]

ABSTRAK Banyak usaha telah dilakukan untuk memprediksi pengaruh suhu penyimpanan terhadap pertumbuhan bakteri termasuk pengembangan model matematika. Model akar kuadrat telah diketahui baik untuk mengambarkan hubungan antara suhu penyimpanan dan pertumbuhan bakteri pada susu segar. Penelitian menunjukkan bahwa adanya hubungan linier yang erat antara suhu penyimpanan dan akar kuadrat dari rata-rata kecepatan pertumbuhan (√m), ( m=log2/waktu generasi), dengan interval temperatur 3-41 °C. Koefisien korelasi, r, adalah 0,8908 dan hubungan tersebut dapat dipresentasikan dengan persamaan √m = 0.0090 (T + 30.2357). Terjadi penurunan waktu generasi (waktu yang dibutuhkan bakteri untuk mencapai 107cfu/ml susu) dengan meningkatnya temperatur sampai dengan 20 C. Di atas suhu 20° C, waktu generasi berkecendrungan kostan. Jenis bakteri yang dapat diisolasi berdasarkaan suhu penyimpanan sangat bervariasi. Pada temperatur rendah (3-10° C) jenis bakteri yang banyak ditemukan adalah golongan bakteri Pseudomonas sp. sedangkan pada suhu di atas 10° C didominasi oleh bakteri Enterobaktereceae sp. dan bakteri golongan gram positif. ___________________________________________________________________________________________________________________ Kata kunci: laju pertumbuhan, suhu penyimpanan, model matematika

ABSTRACT There are many efforts that have been done to predict the influences of storage temperature to the bacterial growth, including developing mathematical model. Square root model has been known to be good enough in depicting the relation between storage temperature and bacterial growth in fresh milk. The experiment has shown that there is a strong linear relationship between storage temperature and square root of the average specific growth rate (√m), (where m = log2/generation time) over the entire temperature range 3-41° C. The correlation coefficient, r, was 0.8908 and relation could be represented by equation √m = 0.0090 (T + 30.2357). There is a sharp decline in the average generation time (the time for the bacterial count to reach 10 7cfu/ml milk) with the increase of temperature up to 20° C. At temperature above 20° C, generation time tend to be constant. The microflora of fresh milk varied significantly with storage temperature. At low temperature (3-10° C), spoilage is mainly due to the growth of Pseudornonas sp., Enterobactereceae sp and Gram positive bacteria are assumed greater importance in the spoilage of milk stored in temperature above 10° C. ___________________________________________________________________________________________________________________ Key words: growth rate, milk storage, mathematical model

PENDAHULUAN Susu merupakan bahan makanan yang mempunyai nilai gizi tinggi karena mengandung protein, lemak, karbohidrat, vitamin dan mineral dengan perbandingan sempurna, mudah dicerna dan diabsorbsi. Selain sebagai bahan makan yang sempurna, susu juga merupakan media yang paling baik bagi perkembangan mikro organisme (Samad, 1986; Ayres et al., 1999). Ayres et al. (1999) menyatakan jumlah bakteri dalam susu sekitar 100 sampai 10.000 bakteri per mililiter susu. Jumlah bakteri susu kadang-kadang meningkat sangat cepat selama penyimpanan. Kecepatan pertumbuhan ini pada dasarnya didominasi oleh faktor suhu penyimpanan dan spesies bakteri yang terdapat pada susu serta lamanya penyimpanan (Lam, et al., 1997; Saran, 1999). Suhu adalah salah satu faktor lingkungan yang terpenting yang memengaruhi pertumbuhan organisme. Suhu dapat memengaruhi mikroorganisme dalam dua cara yaitu apabila suhu naik, kecepatan metabolisme juga turun dan pertumbuhan diperlambat. Berbagai upaya dilakukan untuk memprediksi pengaruh suhu terhadap pertumbuhan bakteri dalam makanan. Banyak model matematika telah dikembangkan untuk tujuan

tersebut (Teleken et al., 2011). Model yang telah diketahui cukup baik menggambarkan hubungan antara suhu dan pertumbuhan bakteri adalah model 'akar kuadrat' yang dikembangkan oleh Raskowsky et al. yang disitasi Griffiths dan Phillips (1999). Model tersebut dinyatakan dalam persamaan √m = b (T - TO), m adalah konstanta laju pertumbuhan bakteri, b = slope garis regresi, T = suhu (° C) dan TO = suhu organisme bisa tumbuh. Persamaan ini telah terbukti dapat memberikan gambaran yang baik tentang hubungan antara suhu dengan laju pertumbuhan bakteri pada 'non-defined culture' serta produk hasil ternak (dairy) (Phillips dan Griffiths, 1987 yang disitasi Griffiths dan Phillips, 1999). Model tersebut merupakan model regresi linier sederhana dengan √m yaitu akar kuadrat dari laju pertumbuhan bakteri sebagai variabel tak bebas (variabel respons) dan T (suhu) sebagai variabel bebas. Koefisien b merupakan slope yang diperoleh dengan meregresikan √m terhadap T, sedangkan -bTO merupakan intersep (perpotongan antara garis regresi dengan sumbu y). Nilai TO diperoleh dengan membagi intersep dengan -b atau dengan kata lain TO adalah suhu pada saat m = 0. 109

Jurnal Medika Veterinaria

Dari model tersebut dapat diketahui keeratan hubungan antara suhu dengan-akar kuadrat laju pertumbuhan bakteri yaitu dengan menghitung koefisien korelasi (r). Selain itu dapat pula diuji hubungan linier antara akar kuadrat laju pertumbuhan bakteri dengan suhu. Penelitian ini bertujuan mengembangkan suatu model yang dapat digunakan untuk memprediksi hubungan antara pertumbuhan bakteri dengan suhu pada susu segar. Seperti Kualitas susu sangat dipengaruhi oleh jumlah bakteri yang terdapat di dalamnya. Laju pertumbuhan bakteri pada susu sangat tergantung pada suhu penyimpanan. Dengan mengembangkan model ini (model akar kuadrat) diharapkan dapat diperoleh suatu suhu yang baik untuk menyimpan susu segar. Selain itu penelitian ini juga mengindentifikasi jenis bakteri yang terdapat dalam susu segar pada berbagai suhu penyimpanan.

Vol. 7 No. 2, Agustus 2013

pertumbuhan dan golongan bakteri yang terdapat dalam bahan makanan (susu) Cempirkova, 2007; Perko,2011) Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, dalam penelitian ini digunakan model akar kuadrat untuk menggambarkan hubungan antara akar kuadrat laju pertumbuhan bakteri spesifik (√m) dengan suhu penyimpanan. Laju pertumbuhan bakteri spesifik (m) adalah log 2/ waktu generasi, dimana waktu generasi adalah waktu yang diperlukan bakteri mencapai jumlah 7,0 (107 cfu/ml susu).

MATERI DAN METODE Susu yang digunakan dalam penelitian ini adalah susu yang berasal dari perusahaan sapi perah yang berada di Kabupaten Aceh Besar.. Susu kemudian dimasukkan ke dalam 42 tabung reaksi masing-masing sebanyak 10 ml. Tabung tabung reaksi yang telah berisi susu tersebut, kemudian disimpan pada suhu 3,10, 21, suhu kamar (27° C), 37, dan 41° C. Pada interval waktu tertentu jumlah bakteri yang terdapat pada sampel susu tersebut dihitung dengan metode Plate Count. Untuk setiap suhu kemudian ditentukan waktu yang diperlukan oleh populasi bakteri untuk mencapai jumlah 7,0 (107 cfu/ml susu). Data yang diperoleh kemudian dianalisis dengan menggunakan model akar kuadrat. Untuk mengidentifikasi bakteri yang ada pada sampel susu tersebut dilakukan pewarnaan Gram dan dilanjutkan dengan beberapa uji biokimia seperti motilitas, pertumbuhan aerob, katalase, fermentasi (glukosa, sakrosa, laktosa dan mannitol), produksi indol, dan produksi H2S. HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi penyimpanan produk bahan pangan memengaruhi spesies mikroorganisme yang mungkin berkembang dan menyebabkan kerusakan. Suhu adalah salah satu faktor lingkungan yang terpenting yang memengaruhi kehidupan pertumbuhan organisme (Perko, 2011). Suhu dapat memengaruhi mikroorganisme dalam dua cara yaitu apabila suhu naik, kecepatan metabolisme naik dan pertumbuhan dipercepat, dan sebaliknya apabila suhu turun kecepatan metabolisme juga turun dan pertumbuhan diperlambat. Berdasarkan hubungan antara suhu dan pertumbuhan, mikroorganisme dapat digolongkan/ dikelompokkan sebagai 1) psikrofil, bakteri yang dapat tumbuh pada suhu antara 0-20° C; 2) mesofil, bakteri yang dapat tumbuh pada pada suhu 25-40° C; dan 3) termofil, bakteri yang dapat tumbuh pada suhu di atas 50° C. Dari pengggolongan tersebut jelas terlihat faktor suhu penyimpanan sangat berpengaruh terhadap 110

Gambar 1. Hubungan antara akar kuadrat laju pertumbuhan bakteri (√m) dengan suhu (° C)

Jumlah 107 digunakan karena kualitas susu pada konsentrasi tersebut akan berubah sebagai akibat dari aktivitas bakteri yang terkandung di dalam susu (Wallace, 2007). Dari hasil penelitian, seperti yang disajikan pada Gambar 1, dapat dilihat adanya hubungan linier yang sangat erat antara suhu dengan (√m) pada interval suhu 3-41° C. Koefisien korelasi yang menggambarkan keeratan hubungan keduanya adalah 0,8908 dan hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan: √m = 0.0090 (T + 30,2357) Suhu minimum untuk pertumbuhan bakteri atau suhu ketika tidak ada bakteri yang tumbuh (m=0) adalah -30,2357° C. Akar kuadrat laju pertumbuhan bakteri akan meningkat sebesar 0.0091 jika suhu penyim-panan meningkat sebesar 1° C. Adanya hubungan linier antara suhu dengan √m dapat pula dilihat dari hasil analisis varians yaitu nilai p untuk model adalah 0. Ini berarti bahwa model tersebut cocok untuk data tersebut dan terdapat hubungan linier antara suhu dan √m.

Gambar 2. Pengaruh suhu terhadap waktu generasi bakteri yang terdapat pada susu segar

Jurnal Medika Veterinaria

Hubungan antara waktu generasi dengan suhu sebagai hasil dari persamaan di atas disajikan pada Gambar 2. Waktu generasi nampak menurun dengan meningkatnya suhu dari 3-20° C. Di atas suhu 20° C waktu generasi berubah sedikit dengan meningkatnya suhu. Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa waktu generasi yang diperoleh melalui model di atas cukup mendekati rata-rata waktu generasi yang diperoleh dari hasil penelitian ini, terutama pada suhu 10, kamar (± 27), dan 41° C seperti yang disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Waktu generasi yang dibutuhkan oleh bakteri yang terdapat pada susu segar untuk mencapai jumlah 107 cfu/ml susu pada berbagai suhu Waktu generasi 107/ ml (jam) Suhu (° C) 1 2 3 4 5 6 Rata-rata Prediksi 3 6 4 7 7 7 7 6.83 7.78 10 6 5 5 5 6 5 5.33 5.31 20 4 4 5 4 4 4.20 3.40 SK *) 3 3 2 3 2 2.60 2.62 37 2 2 2 2 3 2.20 1.90 41 1 2 2 1 2 1.60 1.70 *SK= Suhu kamar (+ 27° C)

Hasil tersebut menunjukkan bahwa model di atas cukup baik digunakan untuk memprediksi waktu generasi pertumbuhan bakteri pada suhu tertentu. Dengan demikian dengan menggunakan model tersebut dapat diprediksi lamanya susu dapat disimpan pada suhu tertentu. Dalam penelitian ini menunjukkan bahwa tingkat pertumbuhan bakteri berbeda diantara suhu 3,10, 20, suhu kamar, 37 dan 41° C. Waktu generasi yang dibutuhkan oleh bakteri yang terdapat dalam susu untuk mencapai jumlah 107/ml susu. Sampel ke-6 pada suhu 20, 27, 37 dan 41° C mengalami kerusakan sehingga tidak digunakan dalam penelitian ini. Hasil studi ini memperlihatkan bahwa pada suhu rendah, 3° C, waktu generasi untuk mencapai jumlah 107 adalah 6,2 jam. Ini merupakan waktu yang paling lama bila dibandingkan dengan beberapa waktu generasi pada suhu di atas 3° C. Waktu generasi menurun dengan meningkatnya suhu. Dari hasil yang diperoleh waktu generasi pada susu dengan suhu 3-20° C sangat berbeda, sedangkan pada suhu di atas 20° C diperkirakan normal/konstan. Terjadinya perbedaan waktu generasi pada tiap-tiap suhu selain disebabkan oleh faktor-faktor yang telah disebutkan di atas, disebabkan juga oleh faktor kontaminan awal dan panjangnya lag fase dari masingmasing jenis kuman. Hasil ini menunjukkan bahwa mikroorganisme lebih tahan terhadap suhu rendah karena pertumbuhan dan pembelahan sel mungkin terhambat, sehingga sel-sel bakteri dapat tahan hidup untuk jangka waktu yang lama pada suhu ±3° C. Sedangkan pada suhu rendah, kerusakan susu terjadi tetapi tidak secepat seperti pada suhu tinggi atau dengan kata lain kehidupan mikroorganisme tertunda karena fungsi sel berhenti dan bila media suhu sekitarnya dinaikkan metabolisme akan berlangsung kembali. Hal ini seperti yang dilaporkan oleh Hubble dan Mein (1996) yang menyatakan bahwa susu yang

Mahdi Abrar

berkualitas baik akan mempunyai waktu generasi yang lebih panjang bila disimpan pada suhu refrigerator. Eckles (1984) menyatakan susu yang disimpan pada suhu refrigerator biasanya akan dirusak oleh spesies bakteri dari kelompok psikrofil seperti Pseudomonas sp dan Proteus sp. Organisme-organisme ini akan menurunkan keasaman susu melalui proses proteolisis. Sedangkan pada suhu yang lebih tinggi bakteri pembentuk spora seperti Bacillus sp. dan bakteri Lactobacillus sp. mulai banyak tumbuh dan menghasilkan asam dari hasil metabolisme karbohidrat yang terkandung dalam susu, sedangkan susu yang disimpan pada suhu beku (di bawah -15° C) pertumbuhan mikroorganisme terhenti dan kebanyakan mikroorganisme mulai berhenti secara perlahan. Mikroorganisme yang'mempunyai kemampuan untuk tumbuh pada suhu rendah akan memengaruhi kerusakan susu. Jadi penyimpanan yang lama pada suhu ini akan dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan oleh mikroorganisme (Perko, 2011). Walaupun jumlah mikroorganisme biasanya menurun selama penyimpanan pada suhu pembekuan dan penyimpanan dalam lemari es (refrigerator), susu yang tak steril cepat rusak dan busuk seperti susu yang tidak disimpan pada suhu rendah dan lamanya penyimpanan pada suhu tersebut cukup lama. Hasil isolasi dan identifikasi bakteri yang terkandung dalam susu berdasarkan perbedaan suhu penyimpanan disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Jenis bakteri yang diisolasi dari susu segar berdasarkan suhu % Isolat dalam susu berdasarkan suhu °C Golongan Bakteri 3-10 20 SK 37-41 Pseudomonas sp 87 5 2 0 Enterobacteria sp 2 35 36 38 Gram positif Coccus *) 5 35 35 35 Gram positif Batang **) 3 23 25 25 Bakteri lain (tidak dapat 3 2 2 2 didentifikasikan * = Micrococcus dan Streptococcus ** = Lactobacillus dan Corynebacterium

Dari hasil yang diperoleh terlihat bahwa suhu pernyimpanan 3° C jumlah terbesar bakteri yang dapat diisolasi dari susu adalah didominasi oleh bakteri dari golongan Pseudomonas sp. Bakteri ini adalah bakteri Gram positif, berbentuk batang kecil, dan bergerak. Bakteri ini merupakan penyebab berbagai kerusakan susu karena kemampuan bakteri ini dalam memproduksi enzim yang dapat memecahkan komponen lemak atau protein yang terkandung dalam susu. Jika suhu penyimpanan ditingkatkan proporsi Pseudomonas sp. yang diisolasi mempunyai kecenderungan menurun. Penurunan jumlah bakteri ini sampai puncaknya pada penyimpanan suhu kamar (27° C). Bakteri lain yang dapat diisolasi adalah bakteri golongan Enterobacteriaceae (Salmonella, Escherichia coli dan Klebsiella). Kuman ini adalah bakteri gram negatif yang berbentuk batang. Jumlah bakteri ini 111

Jurnal Medika Veterinaria

meningkat sesuai dengan peningkatan suhu penyimpanan. Pada suhu penyimpanan 3 sampai 10° C. Jumlah bakteri golongan ini boleh dikatakan konstan, tetapi pada suhu di atas 10° C, proporsi bakteri golongan ini menjadi golongan bakteri yang utama ditemukan pada susu. Kuman-kuman ini merupakan penyebab kerusakan susu dan susu berbau busuk, karena bakteri-bakteri golongan ini memproduksi enzim yang mempunyai kemampuan untuk pemecahan karbohidrat yang terdapat dalam susu. Bakteri lain yang ditemukan pada penelitian ini adalah bakteri golongan Gram positif Coccus (Streptococcus dan Micrococcus) dan Gram positif batang. Golongan Micrococcus yang penting adalah Staphylococcus (Fujikawa et al., 2006). Staphylococcus adalah bakteri gram positif, katalase + dan berbentuk kokus yang berkelompok. Bakteri ini jarang merupakan penyebab utama atas kerusakan susu, karena ketidakmampuan untuk bersaing dengan jenis bakteri yang lebih cepat pertumbuhannya seperti Pseudomonas sp. dan Enterohacteria sp. Tetapi jenis bakteri ini sedikit lebih tahan terhadap tekanan lingkungan seperti suhu, garam dan kekeringan jika dibandingkan dengan jenis bakteri lain dan oleh karena itu masih dapat hidup setelah pengolahan dan berperan nyata dalam kerusakan susu setelah dipasteurisasi. KESIMPULAN Adanya hubungan linier yang sangat erat antara suhu dengan (√m) pada interval suhu 3-41 °C. Koefisien korelasi yang menggambarkan keeratan hubungan keduanya adalah 0,8908 dan hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan:√m = 0,0090 (T + 30,2357). Suhu minimum untuk pertumbuhan bakteri atau suhu ketika tidak ada bakteri yang tumbuh (m=0) adalah -30,2357° C. Akar kuadrat laju pertumbuhan bakteri akan meningkat sebesar 0.0091 jika suhu penyimpanan meningkat sebesar 1° C. Waktu generasi nampak menurun dengan meningkatnya suhu dari - 20° C. Di atas suhu 20° C waktu generasi berubah sedikit dengan meningkatnya suhu.

112

Vol. 7 No. 2, Agustus 2013

Hasil isolasi dan identifikasi bakteri yang terkandung dalam susu berdasarkan perbedaan suhu penyimpanan terlihat bahwa suhu pernyimpanan 3 °C jumlah terbesar bakteri yang dapat diisolasi didominasi oleh bakteri dari golongan Pseudomonas sp. Jika suhu penyimpanan ditingkatkan proporsi Pseudomonas sp. kecenderungan menurun. Penurunan jumlah bakteri ini sampai puncaknya pada penyimpanan suhu kamar (27° C). Bakteri lain yang dapat diisolasi adalah bakteri golongan Enterobacteriaceae (Salmonella, Escherichia coli dan Klebsiella), bakteri golongan Gram positif Coccus (Streptococcus dan Micrococcus), dan bakteri golongan Gram positif batang. DAFTAR PUSTAKA Ayres, J. C., J. O. Mundt, and W. E. Sandine. 1990. Microbiology of Food. W. H. Freman Company, San Fransisco. Bylund, G. 1999. Dairy Processing Handbook. Tetra Pak Procesing System AB S-221 86 Lund, Sweden. Cempirkova, R. 2007. Contamination of cow’s raw milk by psychrotrophic and pesophilic microflora in relation to select factor. Czech J. Anim. Sci. 52(11):387-393. Eckles, C. H., W. B. Combs, and H. Macy. 1984. Milk and Milk Product. 4th ed. Tata Mac Graw Hill Publishing Co., Bombuy. Fujikawa, H. and S. Mozoromi. 2006. Modelling Staphylococcus aureus growth and enterotoxin production in milk. Food Microbiol. 23:260-267 Griffiths, M. W., and J.D. Phillips. 1999. The relation between growth and storage temperature in pasteurized milks of varying hygienic quality. J. Dairy Sci. 45(2):159-165. Hubble, I. B., and G.A. Mein. 1996. Effect of pre milking under preparation of dairy cows on milk quality. Aust. J. Dairy Technol. 40:66-70. Lam, T.J., Y.H. Schukken, and F.J. Grom-mers. 1997. The effect of decontamination of post milking teat disinfection in low somatic cell count. Vet. Quart. 19 (2):41-57 Perko, B. 2011. Effect of prolonged storage and microbiological quality of raw milk. microbiological quality of raw milk. Mjekar Stvo. 61(2):114-124 Samad, M. 1986. Mikroorganisme pada Susu. Swadaya Peternakan Indonesia, Jakarta Saran, A. 1999. The national program for mastitis control and milk quality improvement. Israel J. Vet. Med. 51:93-102. Teleken, T.J., W.S. Robazza, and G. Almeida. 2011. Mathematical modelling of microbial growth in milk. Cience. Technol. Aliment. 31(4):34-41. Wallace, L.R. 2007. Bacterial Counts in Raw Milk. Livestocktrail, Illinois.